電力電子學的課程設計(doc 10頁).doc

電力電子學課程設計班級:07電氣工程及其自動化2班組員 學號鄢晶 070301021126陳昆 070301021101 王博 070301021120 2010-7-7目錄一、設計方案3二、設計原理圖3三、工作過程4四、相關計算5五、實驗過程5六、心得體會5七、附錄:TL494相關說明6課題:PWM控制電路設計 課題介紹:電力電子電路控制中廣泛應用著脈沖寬度調制技術(pluse width modulation,簡稱PWM),將寬度變化而頻率不變的脈沖作為電力電子變換電路中的功率開關管的驅動信號,控制開關管的通斷,從而控制電力電子的輸出電壓以滿足對電能變換的需要.由于開關管頻率不變,輸出電壓中的諧波頻率固定,濾波器設計比較容易.電路要求: 1、Vo=20V60V 2、RL短路保護電路 3、Vi=80V120V有擾動時,Vo50V一、 設計方案本課題設計采用TL494芯片1. 設計一個開關電路,使其頻率為10KHz,通過控制開關的占空比D控制輸出電壓Vi=100V固定,Vo=D*Vi 滿足條件一,Vo=20V60V只需要滿足D=0.20.6變化即可.2. RL短路保護,即負載短路.為了不使電源短路,應該及時斷開T 當4端電壓V4加0.12V高于鋸齒波電壓Vct時,死去時間比較器的輸出J為高電平,使C端為高電平,兩個或非門的輸出G1,G2點為零電位,T1,T2截止,無輸出信號,即封鎖輸出脈沖,停機,即可保護電路.3. Vi=80V120V時,有擾動.輸出恒等于50V. 二、 設計原理圖BUCK電路基本原路圖 PWM控制電路設計圖 三、 工作過程（1）從電路可以看出，電感L和電容C組成低通濾波器，此濾 波器設計 的原則是使 us(t)的直流分量可以通過，而抑制 us(t) 的諧波分量通過；電容上輸出電壓 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小紋波uripple(t) 。（2）電路工作頻率很高，一個開關周期內電容充 放電引起的紋波uripple(t) 很小，相對于電容上 輸出的直流電壓Uo有： 電容 上電壓宏觀上可以看作恒定。 電路穩(wěn)態(tài)工作時，輸出電容上電壓由微小的紋波和較大的直流分量組成，宏觀上可以看作是恒定直流，這就是開關電路穩(wěn)態(tài)分析中的小紋波近似原理。（3）一個周期內電容充電電荷高于放電電荷時，電容電壓升高，導致后面周期內充電電荷減小、放電電荷增加，使電容電壓上升速度減慢，這種過程的延續(xù)直至達到充放電平衡，此時電壓維持不變；反之，如果一個周期內放電電荷高于充電電荷，將導致后面周期內充電電荷增加、放電電荷減小，使電容電壓下降速度減慢，這種過程的延續(xù)直至達到充放電平衡，最終維持電壓不變。 這種過程是電容上電壓調整的過渡過程，在電路穩(wěn)態(tài)工作時，電路達到穩(wěn)定平衡，電容上充放電也達到平衡，這是電路穩(wěn)態(tài)工作時的一個普遍規(guī)律。（4）開關S置于1位時，電感電流增加，電感儲能；而當開關S 置于2位時，電感電流減小，電感釋能。假定電流增加量大于 電流減小量，則一個開關周期內電感上磁鏈增量為： 此增量將產生一個平均感應電勢： 此電勢將減小電感電流的上升速度并同時降低電感電流的下降速度，最終將導致一個周期內電感電流平均增量為零；一個開關周期內電感上磁鏈增量小于零的狀況也一樣。 這種在穩(wěn)態(tài)狀況下一個周期內電感電流平均增量（磁鏈平均增量）為零的現象稱為：電感伏秒平衡。四、 相關計算f=1.1/R*C f=10KHz實驗室提供電阻R=1khz,經計算C=0.11f五、 實驗過程1. 在面包板上搭建電路2. 經檢查無誤后通電，9號引腳接示波器觀察。3. 實驗遇到問題:1. 用于接通的導線接觸不良,輕微的觸動會改變波形.解決辦法:試探法,依次試探每根導線,如果對波形影響很大,對實驗結果又影響,應及時更換導線. 2. 波形失真,不能調出理想的波形 解決辦法:分析問題,3端電壓對輸出波形有直接影響,先把3端電壓調到最低,然后逐漸升高4. 得到波形,調節(jié)滑動變阻器,方波會發(fā)生變化,可以看到占空比明顯變化.即完成課程設計任務一.能調節(jié)占空比在0.20.6之間變化.六、 心得體會 通過這次電力電子學的課程設計,對PWM控制電路的設計有了很大的了解和體會,更加深刻的理解電力電子學這門學科更加偏重于分析而不是計算 ,雖然在設計的過程中不能很順利的完成，但是更加培養(yǎng)了我們研究問題發(fā)現問題的能力。這對于未來的學習和投入工作后也是大有益處的。同時也很感謝實驗過程中老師和同學給予我們的幫助!七、 附錄:TL494相關說明TL494的引腳功能如下：1、16腳和2、15腳分別是誤差放大器1和誤差放大器2的同相輸入端和反向輸入端；3腳是反饋輸入端；4腳是死區(qū)時間控制端；5、6腳分別接RC振蕩器的定時電容和電阻；7腳接地；8、9腳11、10腳分別是兩個內部驅動三極管的集電極和發(fā)射極；12腳為電源正端；13腳為輸出狀態(tài)控制端，當13腳為高電平時，兩個內部驅動三極管交替導通，當13腳為低電平時，兩個內部驅動三極管同時導通或截止，此時只能控制一個開關管。14腳是集成電路內部輸出的5V基準電壓輸出端。TL494結構圖集成了全部的脈寬調制電路。片內置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個（一個電阻和一個電容）。內置誤差放大器。內止5V參考基準電壓源。可調整死區(qū)時間。內置功率晶體管可提供500mA的驅動能力。推或拉兩種輸出方式。TL494工作原理簡述TL494是一個固定頻率的脈沖寬度調制電路，內置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調節(jié)，其振蕩頻率如下：輸出脈沖的寬度是通過電容CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進行比較來實現。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門。當雙穩(wěn)觸發(fā)器的時鐘信號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號期間才會被選通。當控制信號增大，輸出脈沖的寬度將減小。參見圖下圖TL494脈沖控制波形圖 控制信號由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時間比較器具有120mV的輸入補償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時間約等于鋸齒波周期的4%，當輸出端接地，最大輸出占空比為96%，而輸出端接參考電平時，占空比為48%。當把死區(qū)時間控制輸入端接上固定的電壓（范圍在03.3V之間）即能在輸出脈沖上產生附加的死區(qū)時間。 脈沖寬度調制比較器為誤差放大器調節(jié)輸出脈寬提供了一個手段：當反饋電壓從0.5V變化到3.5時，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導通百分比時間中下降到零。兩個誤差 放大器具有從-0.3V到（Vcc-2.0）的共模輸入范圍，這可能從電源的輸出電壓和電流察覺得到。誤差放大器的輸出端常處于高電平，它與脈沖寬度調制器的反相輸入端進行“或”運算，正是這種電路結構，放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。 當比較器CT放電，一個正脈沖出現在死區(qū)比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)觸發(fā)器進行計時，同時停止輸出管Q1和Q2的工作。若輸出控制端連接到參考電壓源，那么調制脈沖交替輸出至兩個輸出晶體管，輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態(tài)，且最大占空比小于50%時，輸出驅動信號分別從晶體管Q1或Q2取得。輸出變壓器一個反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當需要更高的驅動電流輸出，亦可將Q1和Q2并聯(lián)使用，這時，需將輸出模式控制腳接地以關閉雙穩(wěn)觸發(fā)器。這種狀態(tài)下，輸出的脈沖頻率將等于振蕩器的頻率。TL494的極限參數名稱代號極限值單位